FR2919058A1 - METHOD AND INSTALLATION FOR TESTING CATALYSTS - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un procédé de test de performances et/ou de l'évolution dans le temps d'au moins un catalyseur CAT pour réacteur en lit fixe comprenant au moins les étapes suivantes:- on raccorde en un point A d'une installation chimique industrielle utilisant une charge réactionnelle adaptée au test du catalyseur CAT un dispositif pour test CT, comprenant au moins une cartouche métallique creuse MC contenant notamment le catalyseur CAT,- on prélève au point A un courant fluide constitué par une fraction inférieure ou égale à 1 % des réactifs préchauffés circulant dans l'installation chimique industrielle, que l'on fait circuler dans la cartouche MC à travers le catalyseur CAT, à une température réactionnelle pendant une durée T,- on prélève pour analyse chimique une fraction au moins de l'effluent de la cartouche MC,- optionnellement on isole le dispositif pour test CT de l'installation chimique industrielle sans arrêter le fonctionnement de celle-ci et l'on prélève une fraction au moins du catalyseur CAT pour analyse physique et/ou chimique.L'invention concerne aussi une installation chimique industrielle comprenant le dispositif pour test CT en dérivation.The invention relates to a method for testing the performance and / or the evolution over time of at least one catalyst CAT for fixed bed reactor comprising at least the following steps: - is connected to a point A of an installation industrial chemical using a reaction charge suitable for the CAT catalyst test, a CT test device, comprising at least one hollow metal cartridge MC containing in particular the CAT catalyst, is taken at point A a fluid stream consisting of a fraction less than or equal to 1 % of the preheated reagents circulating in the industrial chemical plant, which is circulated in the cartridge MC through the catalyst CAT, at a reaction temperature for a period T, - is taken for chemical analysis at least a fraction of the effluent from the cartridge MC, the test device CT of the industrial chemical plant is optionally isolated without stopping the operation thereof and the at least one fraction of the CAT catalyst is taken for physical and / or chemical analysis. The invention also relates to an industrial chemical plant comprising the device for bypass CT testing.
Description
Domaine de l'invention:Field of the invention
L'invention se rapporte au domaine du test de l'efficacité et du comportement dans le temps de catalyseurs industriels en lit fixe, en particulier de catalyseurs supportés, par exemple des billes ou extrudés constitués le plus souvent par un ou plusieurs éléments catalytiquement actifs disposés sur un support poreux, par exemple de l'alumine, de la silice-alumine, de la zircone etc The invention relates to the field of the test of the efficiency and the behavior over time of fixed bed industrial catalysts, in particular supported catalysts, for example beads or extrusions, most often constituted by one or more catalytically active elements arranged on a porous support, for example alumina, silica-alumina, zirconia, etc.
Elle n'est pas liée à une réaction chimique particulière, ni à un catalyseur particulier. Examen de l'art antérieur: L'efficacité (ou les performances) d'un catalyseur en lit fixe dépend des conditions opératoires (notamment température, pression et vitesse spatiale VVH) et peut se mesurer selon plusieurs critères : la conversion obtenue pour une charge donnée dans des conditions opératoires données, la sélectivité de cette conversion, notamment vis-à-vis d'un ou plusieurs produits recherchés, et plus généralement le spectre de produits obtenus. It is not related to a particular chemical reaction or a particular catalyst. Examination of the Prior Art: The efficiency (or performances) of a fixed bed catalyst depends on the operating conditions (in particular temperature, pressure and space velocity VVH) and can be measured according to several criteria: the conversion obtained for a charge given under given operating conditions, the selectivity of this conversion, in particular vis-à-vis one or more sought products, and more generally the spectrum of products obtained.
L'efficacité et les performances dans le temps d'un catalyseur ne sont en général pas constantes. A part éventuellement au cours d'une phase initiale d'initiation et de mise en régime ou le catalyseur peut parfois présenter une activité croissante, on constate généralement au cours du temps une certaine désactivation du catalyseur, qui peut se manifester par une perte d'activité et/ou de sélectivité, continue ou sensiblement asymptotique ou selon d'autres modes de comportement catalytique. Cette évolution au cours du temps d'un catalyseur peut résulter de multiples facteurs qui peuvent éventuellement se conjuguer. On peut notamment citer le cokage, le dépôt d'autres impuretés, par exemple non limitatif de métaux, pouvant boucher les pores du catalyseur, réduire sa surface et/ou provoquer des limitations diffusionnelles. Un catalyseur peut aussi perdre des sites actifs par différents mécanismes, par exemple des poisons du catalyseur, réversibles ou non, et/ou voir sa structure évoluer, par exemple par chute de la porosité et/ou de la surface du support. The efficiency and the performance over time of a catalyst are generally not constant. Apart from possibly during an initial phase of initiation and start-up where the catalyst can sometimes have an increasing activity, there is generally a certain deactivation of the catalyst over time, which can be manifested by a loss of activity and / or selectivity, continuous or substantially asymptotic or according to other modes of catalytic behavior. This evolution over time of a catalyst can result from multiple factors that can possibly be combined. Coking, in particular the deposition of other impurities, for example non-limiting metals, which may clog the pores of the catalyst, reduce its surface area and / or cause diffusional limitations can be cited in particular. A catalyst can also lose active sites by different mechanisms, for example catalyst poisons, reversible or not, and / or see its structure evolve, for example by falling porosity and / or the surface of the support.
Les performances d'un catalyseurs dépendent aussi de la nature de la charge, de la présence d'impuretés et/ou de composés inhibiteurs. The performance of a catalyst also depends on the nature of the charge, the presence of impurities and / or inhibiting compounds.
Les fabricants de catalyseurs doivent donc procéder à des tests de catalyseurs au laboratoire, à différentes échelles dimensionnelles, par exemple sur micropilote, ou sur pilote de plus grande dimension. Il faut aussi procéder à des tests de différentes charges, avec différentes conditions opératoires, à des tests comparatifs de plusieurs catalyseurs différents, à des tests de longue durée pour apprécier l'évolution dans le temps du catalyseur et de ses performances etc... Catalyst manufacturers therefore have to carry out catalyst tests at the laboratory, at different dimensional scales, for example on micropilots, or on larger pilot sizes. It is also necessary to carry out tests of different charges, with different operating conditions, comparative tests of several different catalysts, long-term tests to assess the evolution over time of the catalyst and its performance, etc.
Tous ces tests sont particulièrement onéreux tant en investissement, consommations énergétiques et de charges etc...Ils sont réalisés sur des installations de test, ou installations pilotes , certaines réalisant le test d'un catalyseur uniques, et d'autres le test de plusieurs catalyseurs opérant généralement en parallèle. All these tests are particularly expensive in terms of investment, energy consumption and loads etc ... They are carried out on test installations, or pilot installations, some carrying out the test of a single catalyst, and others the test of several catalysts generally operating in parallel.
On réalise typiquement l'analyse des effluents de l'installation pilote, et souvent l'analyse du catalyseur après une durée voulue de fonctionnement. The effluent analysis of the pilot plant is typically carried out, and often the analysis of the catalyst is carried out after a desired period of operation.
Ces analyses chimiques constituent un vaste domaine bien connu de l'homme du métier. Un grand nombre de techniques d'analyse chimiques sont couramment utilisées dans les laboratoires, par exemple l'analyse par chromatographie en phase gazeuse GC ou en phase liquide LC, spectroscopie IR (infrarouge), SM (spectroscopie de masse), RMN (résonance magnétique nucléaire), "fluorescence X", "fluorescence UV", ICP ("inductively coupled plasma" qui signifie plasma couplé de façon inductive), AA (absorption atomique), ATD-ATG (analyse thermodifférentielle/thermo-gravimétrique), l'observation au microscope électronique, la mesure de la surface BET du catalyseur etc Ces techniques font partie des connaissances générales de l'homme du métier. These chemical analyzes constitute a vast field well known to those skilled in the art. A large number of chemical analysis techniques are commonly used in laboratories, such as GC or liquid LC analysis, IR (infrared) spectroscopy, MS (mass spectroscopy), NMR (magnetic resonance) nuclear), "X-ray fluorescence", "UV fluorescence", ICP ("inductively coupled plasma" which means inductively coupled plasma), AA (atomic absorption), ATD-ATG (thermodifferential / thermo-gravimetric analysis), observation using an electron microscope, measurement of the BET surface of the catalyst, etc. These techniques are part of the general knowledge of those skilled in the art.
II n'existe cependant pas, dans l'état de l'art de procédés et dispositifs permettant de 25 réduire de façon notable les coûts résultant des tests de catalyseurs, en particulier pour les tests de longue durée. Présentation sommaire de l'invention: In the state of the art, however, there are no processes and devices which make it possible to significantly reduce the costs resulting from catalyst tests, in particular for long-term tests. Brief presentation of the invention:
Un objet de la présente invention est un procédé de test de performances et/ou de An object of the present invention is a method of performance testing and / or
30 l'évolution dans le temps d'au moins un catalyseur CAT de mise en oeuvre beaucoup moins onéreuse que celle d'une installation pilote classique de test de catalyseur en laboratoire. The evolution over time of at least one catalyst CAT implementation much less expensive than that of a conventional pilot plant catalyst test in the laboratory.
En particulier, le procédé selon l'invention permet de limiter de façon importante les moyens thermiques nécessaires et la consommation de réactifs. In particular, the process according to the invention makes it possible to significantly limit the necessary thermal means and the consumption of reagents.
Un autre objet de l'invention est de permettre un test comparatif de catalyseur dans des conditions plus proches de celles du fonctionnement industriel. Another object of the invention is to allow a comparative test of catalyst under conditions closer to those of industrial operation.
Un autre objet d'une variante préférée de l'invention est de pouvoir effectuer des tests de beaucoup plus longue durée de façon plus économique, en particulier vis-à-vis de la consommation de réactifs. Another object of a preferred variant of the invention is to be able to perform tests of much longer duration more economically, in particular with respect to the consumption of reagents.
A cet effet, l'invention propose de greffer un dispositif CT de test de catalyseur sur une installation industrielle en fonctionnement, et de prélever une fraction minime du flux de réactifs circulant dans l'unité industrielle pour réaliser le test d'au moins un lit d'un catalyseur CAT. Le dispositif CT peut avantageusement comprendre au moins une et de préférence au moins 2 cartouches métalliques creuses MC en parallèle permettant de tester deux catalyseurs différents dans les mêmes conditions opératoires ou le même catalyseur dans des conditions opératoires différentes. For this purpose, the invention proposes to graft a catalyst test device CT on an industrial plant in operation, and to take a small fraction of the flow of reagents circulating in the industrial unit to perform the test of at least one bed a CAT catalyst. The device CT may advantageously comprise at least one and preferably at least two hollow metallic cartridges MC in parallel making it possible to test two different catalysts under the same operating conditions or the same catalyst under different operating conditions.
Cette mise en oeuvre selon l'invention d'une installation de test raccordée à une installation industrielle existante permet d'économiser toute la partie logistique pour la fourniture de charge réactive qui est prélevée typiquement sous pression et déjà à la température réactionnelle. Le dispositif de test peut alors être équipé de moyens thermiques limités, par exemple de simples moyens de maintien en température, sans fournir la puissance nécessaire au chauffage jusqu'à la température réactionnelle. This implementation according to the invention of a test installation connected to an existing industrial installation saves the whole logistic part for the supply of reactive charge which is taken typically under pressure and already at the reaction temperature. The test device can then be equipped with limited thermal means, for example simple means for maintaining temperature, without providing the power required for heating to the reaction temperature.
Selon une variante préférée, le dispositif CT est installé en dérivation sur l'installation industrielle ce qui permet de réinjecter les effluents de CT dans l'installation industrielle. Par conséquent, il n'y a pas de perte de réactifs (charge) et le test peut s'effectuer à consommation de charge nulle. According to a preferred variant, the CT device is installed as a bypass on the industrial installation, which makes it possible to reinject the CT effluents into the industrial installation. As a result, there is no loss of reagents (charge) and the test can be performed at zero charge consumption.
L'invention porte également sur une installation chimique industrielle comprenant un dispositif de test de catalyseur raccordé à cette installation. Elle couvre en outre plusieurs variantes d'une telle installation, en particulier lorsque CT comprend au moins deux cartouches MC en parallèle et/ou lorsque CT est installé en dérivation.30 Présentation détaillée de l'invention: L'invention propose, de façon plus précise, un procédé de test de performances et/ou de l'évolution dans le temps d'au moins un catalyseur CAT pour réacteur en lit fixe comprenant au moins les étapes suivantes: - on raccorde en un point A d'une installation chimique industrielle utilisant une charge réactionnelle adaptée au test du catalyseur CAT un dispositif pour test CT, comprenant au moins une cartouche métallique creuse MC contenant notamment le catalyseur CAT, - on prélève au point A un courant fluide constitué par une fraction inférieure ou égale à 1% des réactifs préchauffés circulant dans l'installation chimique industrielle, que l'on fait circuler dans la cartouche MC à travers le catalyseur CAT, à une température réactionnelle pendant une durée T, - on prélève pour analyse chimique une fraction au moins de l'effluent de la cartouche MC, - optionnellement on isole le dispositif pour test CT de l'installation chimique industrielle sans arrêter le fonctionnement de celle-ci et l'on prélève une fraction au moins du catalyseur CAT pour analyse physique et/ou chimique. Ceci permet de bénéficier de toute la logistique de fourniture de la charge réactionnelle préchauffée pour le test des performances et de l'évolution du 20 catalyseur. The invention also relates to an industrial chemical plant comprising a catalyst test device connected to this installation. It also covers several variants of such an installation, in particular when CT comprises at least two cartridges MC in parallel and / or when CT is installed in bypass. Detailed presentation of the invention: The invention proposes, in a more Specifically, a method of performance testing and / or the evolution over time of at least one CAT catalyst for fixed bed reactor comprising at least the following steps: - is connected to a point A of an industrial chemical plant using a reaction charge suitable for the CAT catalyst test, a CT test device, comprising at least one hollow metal cartridge MC containing in particular the CAT catalyst, is taken at point A a fluid stream consisting of a fraction less than or equal to 1% of the preheated reagents circulating in the industrial chemical plant, which are circulated in the cartridge MC through the catalyst CAT, at a temperature reaction During a period of time T, at least a fraction of the effluent from the cartridge MC is removed for chemical analysis. The test device CT of the industrial chemical plant is optionally isolated without stopping the operation thereof. at least one fraction of the CAT catalyst is taken for physical and / or chemical analysis. This makes it possible to benefit from all the logistics of supplying the preheated reaction charge for the test of the performance and the evolution of the catalyst.
Selon une première variante caractéristique du procédé selon l'invention, on fait circuler le courant fluide dans un dispositif CT comprenant au moins 2 cartouches en parallèle MC1 et MC2 contenant des catalyseurs différents, respectivement CATI et 25 CAT2, on maintient des conditions réactionnelles identiques pour les cartouches MC1 et MC2 et l'on réalise des prélèvements des effluents séparés de MC1 et MC2 dont on réalise une analyse chimique comparée. Ceci permet de pouvoir tester deux catalyseurs différents dans des conditions strictement identiques, afin de réaliser un essai comparatif fiable. 30 Selon une seconde variante caractéristique du procédé selon l'invention, on fait circuler le courant fluide dans un dispositif CT comprenant au moins 2 cartouches en parallèle MCa et MCb contenant le même catalyseur CAT, on maintient des conditions réactionnelles différentes pour les cartouches MCa et MCb et l'on réalise des prélèvements des effluents séparés de MCa et MCb dont on réalise une analyse chimique comparée. Ceci permet de tester l'influence des conditions opératoires sur les performances du catalyseur (conversion, sélectivité...). According to a first characteristic variant of the process according to the invention, the fluid stream is circulated in a device CT comprising at least 2 cartridges in parallel MC1 and MC2 containing different catalysts, respectively CATI and CAT2, the same reaction conditions are maintained for the cartridges MC1 and MC2 and samples are taken of the separated effluents of MC1 and MC2 which is carried out a comparative chemical analysis. This makes it possible to be able to test two different catalysts under strictly identical conditions, in order to perform a reliable comparative test. According to a second characteristic variant of the process according to the invention, the fluid stream is circulated in a device CT comprising at least two cartridges in parallel MCa and MCb containing the same CAT catalyst, different reaction conditions are maintained for the cartridges MCa and MCb and separate effluent samples are taken from MCa and MCb which is performed a comparative chemical analysis. This makes it possible to test the influence of the operating conditions on the performances of the catalyst (conversion, selectivity, etc.).
Le procédé selon l'invention permet aussi d'analyser le ou les catalyseurs testés: On isole le dispositif pour test CT de l'installation chimique industrielle sans arrêter le fonctionnement de celle-ci, on prélève une fraction au moins du catalyseur CAT, ou le cas échéant une fraction au moins de CATI et une fraction au moins de CAT2, que l'on analyse au laboratoire par des moyens externes au dispositif CT. The process according to the invention also makes it possible to analyze the catalyst (s) tested: The CT test device is isolated from the industrial chemical installation without stopping the operation thereof, at least one fraction of the catalyst CAT is removed, or where appropriate, at least a fraction of CATI and at least a fraction of CAT2, which is analyzed in the laboratory by means external to the CT device.
Une cartouche MC peut contenir de 2 à 5 lits physiquement séparés en série de catalyseurs élémentaires CATi, identiques ou différents, optionnellement précédés par un ou plusieurs lits de masse(s) de garde, destinés à éliminer certaines impuretés. Ceci permet d'analyser l'évolution d'un même catalyseur à différents degrés de conversion de la charge: On isole le dispositif pour test CT de l'installation chimique industrielle sans arrêter le fonctionnement de celle-ci, et l'on prélève une fraction au moins de plusieurs au moins, et typiquement de la totalité des catalyseurs élémentaires CATi que l'on analyse au laboratoire. Le dispositif de test CT peut notamment comprendre un adsorbant d'humidité disposé en amont du catalyseur CAT, disposé dans la cartouche MC, ou le cas échéant MC1 et/ou MC2 et/ou MCa et/ou MCb, ou bien dans au moins une cartouche démontable spécifique WR disposée en amont de MC. II peut comprendre également plusieurs catalyseurs différents en série. Le dispositif de test CT comprend généralement des moyens de chauffage et l'on chauffe le courant fluide et/ou la cartouche MC, ou le cas échéant MC1 et/ou MC2 et/ou MCa et/ou MCb afin de maintenir et/ou obtenir une température réactionnelle adéquate. Ces moyens de chauffe ont notamment pour objet de compenser les pertes thermiques. Dans certains cas on utilise une puissance de chauffage supplémentaire pour tester la possibilité de réactions chimiques avec un chauffage intégré au réacteur, ou bien des conditions opératoires plus sévères. An MC cartridge may contain from 2 to 5 physically separated beds of CATi elemental catalysts, identical or different, optionally preceded by one or more guard beds, for eliminating certain impurities. This makes it possible to analyze the evolution of the same catalyst at different degrees of conversion of the feedstock: the CT test device is isolated from the industrial chemical installation without stopping the operation of the latter, and a at least a fraction of at least several, and typically all of the CATi elemental catalysts that are analyzed in the laboratory. The test device CT may in particular comprise a moisture adsorbent disposed upstream of the catalyst CAT, disposed in the cartridge MC, or optionally MC1 and / or MC2 and / or MCa and / or MCb, or in at least one specific removable cartridge WR arranged upstream of MC. It may also comprise several different catalysts in series. The test device CT generally comprises heating means and the fluid current and / or the cartridge MC, or, if appropriate, MC1 and / or MC2 and / or MCa and / or MCb are heated in order to maintain and / or obtain an adequate reaction temperature. These heating means are in particular to compensate for heat losses. In some cases, an additional heating power is used to test the possibility of chemical reactions with heating integrated in the reactor, or more severe operating conditions.
Selon une variante caractéristique préférée du procédé selon l'invention, on raccorde une partie aval du dispositif CT à un point B de l'installation chimique industrielle pour la réinjection dans cette installation des effluents de CT, CT étant en dérivation entre les points A et B de l'installation chimique industrielle. Cette variante présente de grands avantages: En effet, la charge réactionnelle traversant CT n'est pas perdue, mais renvoyée dans l'installation industrielle, et donc valorisée, ce qui n'est pas le cas des tests de catalyseur en laboratoire pour lesquels la gestion de la récupération de la séparation des effluents exclut typiquement toute valorisation économique. L'invention permet donc également de pouvoir effectuer des tests de longue durée, supérieure à 3 mois, ou 6 mois ou même de très longue durée supérieure à 1 an, ou à 2 ans voire 3 ans, sur charge réelle, sans surcoût particulier. According to a preferred characteristic variant of the process according to the invention, a downstream part of the device CT is connected to a point B of the industrial chemical plant for the reinjection into this installation of the CT effluents, CT being in derivation between the points A and B of the industrial chemical plant. This variant has great advantages: Indeed, the reaction charge through CT is not lost, but returned to the industrial plant, and therefore valued, which is not the case for laboratory catalyst tests for which the Recovery management of effluent separation typically excludes any economic valuation. The invention therefore also makes it possible to carry out tests of long duration, greater than 3 months, or 6 months or even very long duration greater than 1 year, or 2 years or even 3 years, on actual load, without particular additional cost.
Il est ainsi possible de tester l'évolution à long terme des catalyseurs et de leurs performances. It is thus possible to test the long-term evolution of the catalysts and their performances.
L'invention porte également sur une installation chimique industrielle CIF comprenant au moins un réacteur catalytique R en lit fixe comprenant un dispositif CT pour test installé en dérivation entre deux points A et B de cette installation, A étant situé en amont ou au niveau du réacteur R, CT comprenant au moins une cartouche métallique creuse MC contenant au moins un catalyseur CAT, et au moins une prise d'échantillon sur les effluents de la cartouche MC et/ou des moyens d'analyse en ligne de ces effluents, le rapport du volume catalytique de R sur le volume catalytique CAT étant d'au moins 100, souvent d'au moins 1000, et généralement d'au moins 10000. Généralement, le volume de catalyseur testé est très faible, par exemple compris entre 1 cm3 et 5 litres, notamment entre 10 cm3 et 2 litres, et le plus souvent entre 100 cm3 et 1 litre, ce qui est typiquement négligeable vis-à-vis du volume catalytique d'un réacteur chimique industriel. The invention also relates to a CIF industrial chemical installation comprising at least one fixed-bed catalytic reactor R comprising a test CT device installed as a bypass between two points A and B of this installation, A being located upstream or at the reactor R, CT comprising at least one hollow metal cartridge MC containing at least one CAT catalyst, and at least one sample taken on the effluents of the cartridge MC and / or on-line analysis means of these effluents, the ratio of catalytic volume of R on the catalytic volume CAT being at least 100, often at least 1000, and generally at least 10000. Generally, the volume of catalyst tested is very low, for example between 1 cm3 and 5 liters, especially between 10 cm3 and 2 liters, and most often between 100 cm3 and 1 liter, which is typically negligible vis-à-vis the catalytic volume of an industrial chemical reactor.
Le dispositif CT de l'installation CIF peut comprendre au moins un lit de catalyseur CAT différent du ou des catalyseurs du réacteur R, pour tester par exemple un autre catalyseur, par exemple un catalyseur de remplacement éventuel. II peut aussi comprendre au moins une cartouche MC contenant au moins un lit de catalyseur CAT identique au, ou à l'un des catalyseurs du réacteur R, afin de recaler les performances du catalyseur dans la cartouche de test MC avec ceux du réacteur industriel. The CT device of the CIF plant may comprise at least one catalyst bed CAT different from the reactor R catalysts or catalysts, for example to test another catalyst, for example an optional replacement catalyst. It may also comprise at least one MC cartridge containing at least one CAT catalyst bed identical to one or to one of the catalysts of the reactor R, in order to readjust the performances of the catalyst in the test cartridge MC with those of the industrial reactor.
Le dispositif CT de l'installation CIF peut aussi comprendre au moins 2 cartouches en parallèle MC1 et MC2 contenant des catalyseurs différents, respectivement CATI et CAT2, afin notamment de réaliser des tests comparatifs fiables dans les mêmes conditions et opérant en simultané sur la même charge. The CT device of the CIF installation may also comprise at least 2 parallel cartridges MC1 and MC2 containing different catalysts, respectively CATI and CAT2, in particular to perform reliable comparative tests under the same conditions and operating simultaneously on the same load .
Le dispositif CT de l'installation CIF peut également comprendre au moins 2 cartouches en parallèle MCa et MCb contenant respectivement au moins un lit d'un même catalyseur CAT et des moyens séparés de chauffage des deux cartouches MCa et MCb. The CT device of the CIF installation may also comprise at least two parallel cartridges MCa and MCb respectively containing at least one bed of the same CAT catalyst and separate means for heating the two cartridges MCa and MCb.
Le dispositif CT de l'installation CIF comprend généralement des moyens de chauffage thermique et des moyens de contrôle de la température de sortie d'au moins une cartouche métallique MC, ou le cas échéant MC1 ou MC2 ou MCa ou MCb, afin de pouvoir maintenir en température et/ou chauffer le courant fluide de la charge réactionnelle. II peut aussi comprendre des moyens de chauffage thermique et des moyens de contrôle de la ou des température(s) de sortie d'au moins deux cartouches métalliques en parallèle: MC1 et MC2 ou le cas échéant MCa et MCb. Ceci permet de pouvoir tester des températures différentes dans les deux cartouches en parallèle. The CT device of the CIF installation generally comprises thermal heating means and means for controlling the outlet temperature of at least one metal cartridge MC, or optionally MC1 or MC2 or MCa or MCb, in order to be able to maintain in temperature and / or heat the fluid stream of the reaction charge. It may also comprise thermal heating means and means for controlling the outlet temperature (s) of at least two metallic cartridges in parallel: MC1 and MC2 or, if appropriate, MCa and MCb. This makes it possible to test different temperatures in the two cartridges in parallel.
Le dispositif CT de l'installation CIF peut comprendre au moins une cartouche métallique MC, ou le cas échéant MC1 ou MC2 ou MCa ou MCb dans laquelle sont disposés de 2 à 5 lits physiquement séparés en série de catalyseurs élémentaires CATI, identiques ou différents. Ainsi, on peut suivre l'évolution dans le temps: évolution physique (surface, porosité, structure etc...) et/ou chimique (nombre de sites actifs etc...) du catalyseur à différentes étapes successives de la réaction chimique. Ces différents lits en série de catalyseurs élémentaires CATI peuvent être disposés chacun dans une structure métallique de rétention CELL permettant leur extraction séparée de la ou des cartouches MC. Chacune des structures métalliques de rétention CELL peut notamment comprendre en partie inférieure un support perméable de la masse CAPTi correspondante, un tronçon de virole de diamètre inférieur au diamètre intérieur de la cartouche MC correspondante, et un moyen de limiter le débit de contournement autour de ce tronçon de virole. On peut également disposer les différents catalyseurs élémentaires CATI entre des billes inertes, par exemple de carborundum, ou entre des couches fibreuses céramiques, par exemple de la laine de quarz ou les séparer par tout autre moyen adéquat. The CT device of the CIF installation may comprise at least one metal cartridge MC, or optionally MC1 or MC2 or MCa or MCb in which are arranged from 2 to 5 physically separate beds in series of elementary catalysts CATI, identical or different. Thus, one can follow the evolution in time: physical evolution (surface, porosity, structure etc ...) and / or chemical (number of active sites etc ...) of the catalyst at different successive stages of the chemical reaction. These different serial beds of elementary catalysts CATI can each be arranged in a CELL metal retention structure allowing their separate extraction from the MC cartridge or cartridges. Each of the metal retention structures CELL may in particular comprise in the lower part a permeable support of the corresponding CAPTi mass, a ferrule section of diameter less than the inside diameter of the corresponding cartridge MC, and a means of limiting the bypass flow around this ferrule section. The various elemental catalysts CATI can also be arranged between inert balls, for example carborundum, or between ceramic fiber layers, for example quarz wool, or separated by any other suitable means.
Description des fiqures: La figure 1 représente schématiquement un dispositif CT utilisable pour la mise en 10 oeuvre du procédé selon l'invention. La figure 2 représente schématiquement un réacteur d'une installation chimique industrielle CIF équipé de deux dispositifs en dérivation CT et CT* utilisés pour la mise en oeuvre d'une variante du procédé selon l'invention. La figure 3 représente schématiquement une cartouche MC préférée d'un dispositif 15 CT utilisable pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention. On se réfère maintenant à la figure 1: Le dispositif comprend une ligne 1 d'alimentation d'un courant fluide prélevé en un point A sur une charge réactionnelle d'un réacteur chimique industriel R. La ligne d'alimentation est subdivisée en deux branches 2, 5, et 6, 9 comprenant chacune 20 une cartouche métallique creuse démontable, respectivement MC1 et MC2, isolable entre deux vannes, respectivement 3, 4 et 7, 8. Ces cartouches sont remplies de plusieurs couches successives de catalyseur. Par exemple la cartouche 4a contient 3 couches successives d'un premier catalyseur CATI identique au catalyseur industriel du réacteur R, et la cartouche 4b contient 3 couches successives d'un 25 second catalyseur CAT2 que l'on cherche à évaluer en tant que catalyseur de remplacement. Chacune de ces deux cartouches peut éventuellement comprendre en amont une ou plusieurs masse(s) de garde destinée(s) à protéger les catalyseurs CATI et CATb contre des poisons de ces catalyseurs (eau, mercure, H2S etc...). 30 Le courant de fluide réactionnel prélevé réagit donc sur les deux catalyseurs CATI et CAT2 en parallèle. Deux résistances chauffantes 21 et 22 commandées par des moyens de contrôle de température TC1 et TC2 permettent de chauffer séparément les cartouches MC1 et MC2 pour maintenir la température et/ou obtenir indépendamment les températures voulues de sortie des deux effluents de ces cartouches catalytiques. Deux prises d'échantillon 23 et 24 permettent de prélever des échantillons des effluents de MC1 et MC2 pour analyse chimique comparée. DESCRIPTION OF THE FIGURES FIG. 1 schematically represents a CT device that can be used for carrying out the method according to the invention. FIG. 2 diagrammatically represents a reactor of a CIF industrial chemical plant equipped with two CT and CT * bypass devices used for the implementation of a variant of the process according to the invention. FIG. 3 schematically represents a preferred cartridge MC of a CT device that can be used for carrying out the method according to the invention. Referring now to Figure 1: The device comprises a line 1 for supplying a fluid stream taken at a point A on a reaction charge of an industrial chemical reactor R. The feed line is subdivided into two branches 2, 5, and 6, 9 each comprising a removable hollow metal cartridge, respectively MC1 and MC2, isolable between two valves, respectively 3, 4 and 7, 8. These cartridges are filled with several successive layers of catalyst. For example, the cartridge 4a contains 3 successive layers of a first catalyst CATI identical to the industrial catalyst of the reactor R, and the cartridge 4b contains 3 successive layers of a second catalyst CAT2 which one seeks to evaluate as a catalyst of replacement. Each of these two cartridges may optionally comprise upstream one or more guard mass (s) intended (s) to protect the catalysts CATI and CATb against poisons of these catalysts (water, mercury, H2S etc ...). The reaction fluid stream withdrawn therefore reacts on the two catalysts CATI and CAT2 in parallel. Two heating resistors 21 and 22 controlled by temperature control means TC1 and TC2 make it possible to separately heat the cartridges MC1 and MC2 to maintain the temperature and / or independently obtain the desired output temperatures of the two effluents of these catalytic cartridges. Two sample points 23 and 24 are used to take samples of the MC1 and MC2 effluents for comparative chemical analysis.
En aval, les effluents de MC1 et MC2 sont réunis et circulent dans une ligne 10 dont le débit est contrôlé par des moyens FC de contrôle de débit. Les effluents sont alors évacués via la ligne 11 vers le point B qui est par exemple le point de raccordement à l'aval du réacteur industriel R. On peut aussi contrôler séparément les débits dans les cartouches MC1 et MC2, par exemple par des moyens non représentés telles que des vannes de réglage manuelles ou de régulation, afin d'assurer des débits identiques. Cette installation fonctionne comme il a déjà été explicité précédemment, en permettant de tester des catalyseurs différents dans les mêmes conditions. Si CATI est identique à CAT2, on peut aussi tester l'influence de conditions opératoires différentes telles que la vitesse spatiale et/ou la température. Enfin, il est clair que l'on peut prélever des échantillons des catalyseurs testés pour analyse physique et/ou chimique, et ce sans arrêt de l'installation industrielle CIF et du réacteur R. On se réfère maintenant à la figure 2. Deux dispositifs CT et CT* sont installés en dérivation en plusieurs points autour et au niveau d'un réacteur chimique 40 comprenant deux lits catalytiques 41 et 42. Le réacteur 40 est alimenté par un courant fluide (réactifs) à partir d'une ligne 30, et l'effluent du réacteur est évacué par la ligne 35. Le premier dispositif de test de catalyseur CT, le plus en amont, est raccordé en un point A en amont du réacteur et une fraction très faible du courant fluide (par exemple inférieure à 1/1000 ou 1/10000 du fluide global circulant dans l'unité industrielle, par exemple comprise entre 1/1000 et 1/1000000 du fluide global) est prélevée, alimente en dérivation CT via la ligne 31, traverse CT, et l'effluent de CT est réinjecté via la ligne 32 dans le réacteur en un point B situé entre les deux lits catalytiques 41 et 42. Le second dispositif de test de catalyseur CT*, le plus en aval, est raccordé en un point intermédiaire A* du second lit catalytique 42, et une fraction très faible du courant fluide réactionnel (par exemple inférieure à 1/1000 ou 1/10000 du fluide global) est prélevée, alimente en dérivation CT* via la ligne 33, traverse CT*, et l'effluent de CT* est réinjecté via la ligne 34 en un point B* situé sur la ligne 35 de sortie du réacteur 40. Dans cette configuration, il est possible à la fois de tester des catalyseurs de remplacement du catalyseur industriel du lit premier lit catalytique 41, par le ou les catalyseur(s) testés dans CT, et ceux pouvant remplacer le catalyseur industriel de la fin du second lit catalytique 42, ceux-ci étant testés dans CT*. De façon plus générale, on peut utiliser plusieurs dispositifs CT en dérivation. On se réfère maintenant à la figure 3 représentant une cartouche de captation MC de l'un des types préférés selon l'invention. Cette cartouche comprend un cylindre allongé 51 contenant plusieurs catalyseurs successifs en série 50 (et éventuellement des masses de captation de protection en amont), physiquement séparés et pouvant être empilés l'un sur l'autre. pour former la masse de captation globale. Chaque catalyseur est disposé dans un panier comprenant une grille ou une tôle perforée en partie inférieure, de dimension d'ouverture suffisamment petite pour que les grains de catalyseur ne passent pas à travers. Les paniers sont typiquement autoporteurs ce qui permet leur empilage global. Le rebord inférieur d'un panier s'appuie sur le rebord supérieur du panier immédiatement en dessous. Le rebord supérieur d'un panier est par ailleurs utilisé avantageusement pour sa préhension et son extraction de la cartouche MC. Downstream, the effluents of MC1 and MC2 are combined and circulate in a line 10 whose flow rate is controlled by means FC flow control. The effluents are then discharged via line 11 to the point B which is for example the connection point downstream of the industrial reactor R. It is also possible to control separately the flow rates in the cartridges MC1 and MC2, for example by means other than shown as manual or regulating valves, to ensure identical flow rates. This installation operates as it has already been explained above, allowing to test different catalysts under the same conditions. If CATI is identical to CAT2, one can also test the influence of different operating conditions such as the space velocity and / or the temperature. Finally, it is clear that one can take samples of the catalysts tested for physical and / or chemical analysis, without stopping the industrial installation CIF and the reactor R. Referring now to FIG. CT and CT * are installed in bypass at several points around and at the level of a chemical reactor 40 comprising two catalytic beds 41 and 42. The reactor 40 is supplied with a fluid current (reagents) from a line 30, and the effluent from the reactor is discharged via line 35. The first CT catalyst test device, the most upstream, is connected to a point A upstream of the reactor and a very small fraction of the fluid stream (for example less than 1 / 1000 or 1/10000 of the overall fluid flowing in the industrial unit, for example between 1/1000 and 1/1000000 of the overall fluid) is taken, feeds bypass CT via the line 31, crosses CT, and the effluent of CT is reinjected via the l 32 in the reactor at a point B located between the two catalytic beds 41 and 42. The second CT * catalyst test device, the most downstream, is connected to an intermediate point A * of the second catalytic bed 42, and a very small fraction of the reaction fluid stream (for example less than 1/1000 or 1/10000 of the overall fluid) is withdrawn, feeds bypass CT * via line 33, crosses CT *, and the effluent of CT * is reinjected via the line 34 at a point B * situated on the outlet line 35 of the reactor 40. In this configuration, it is possible both to test catalysts for replacing the industrial catalyst of the first bed catalytic bed 41, by the catalyst or catalysts (s) tested in CT, and those that can replace the industrial catalyst of the end of the second catalytic bed 42, these being tested in CT *. More generally, it is possible to use a plurality of CT devices in derivation. Referring now to Figure 3 showing a capture cartridge MC of one of the preferred types according to the invention. This cartridge comprises an elongate cylinder 51 containing several successive series 50 catalysts (and possibly upstream protection capture masses), physically separated and stackable one on the other. to form the global capturing mass. Each catalyst is arranged in a basket comprising a grid or a perforated sheet in the lower part, of opening size small enough so that the catalyst grains do not pass through. The baskets are typically self-supporting which allows their overall stacking. The bottom edge of a basket rests on the top edge of the basket immediately below. The upper edge of a basket is also advantageously used for its gripping and extraction of the cartridge MC.
Les paniers peuvent être usinés pour ne laisser qu'un jeu minime avec la virole métallique de la cartouche MC. On peut aussi disposer un joint (non représenté sur la figure 3), par exemple une tresse autour de chaque panier, pour éviter le contournement du catalyseur par une partie du fluide réactionnel. La cartouche comprend également deux fonds plats démontables 52 permettant l'extraction des paniers. L'invention n'est pas limitée aux moyens explicitement décrits, et pourra comprendre toute caractéristique déjà connue dans les domaines du test des catalyseurs et de l'analyse de composés chimiques. The baskets can be machined to leave only minimal clearance with the metal ferrule of the MC cartridge. It is also possible to arrange a seal (not shown in FIG. 3), for example a braid around each basket, to prevent the catalyst from being bypassed by part of the reaction fluid. The cartridge also includes two removable flat bottoms 52 for extracting the baskets. The invention is not limited to the means explicitly described, and may include any characteristic already known in the fields of catalyst testing and the analysis of chemical compounds.
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